基于某零件的工藝改進(jìn)技術(shù)研究

韋 林，田仕興

（貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009）

1 前言

今年以來，公司訂單量大幅增加，各種產(chǎn)品型號(hào)越來越豐富，產(chǎn)品和零件結(jié)構(gòu)相應(yīng)也越來越復(fù)雜。對(duì)于工藝人員來說，這是一個(gè)挑戰(zhàn)，更是一個(gè)機(jī)遇。俗話說，科學(xué)只有起點(diǎn)，技術(shù)沒有終點(diǎn)。在公司訂單量增加的同時(shí)，生產(chǎn)能力也要不斷提高。作為一名工藝人員，要不斷學(xué)習(xí)、探索創(chuàng)新，進(jìn)而優(yōu)化工藝，解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種老大難問題，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力的穩(wěn)步提升。

工藝是將原材料或者半成品加工成零部件、產(chǎn)品的方法和技術(shù)。對(duì)于任何一個(gè)公司來說，擁有合理的工藝非常重要。生產(chǎn)工藝越合理，生產(chǎn)效率就越高，生產(chǎn)成本越低，生產(chǎn)交付周期也相應(yīng)地越短，在當(dāng)今市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的環(huán)境下才能立于不敗之地。合理的工藝就是在產(chǎn)品、零部件的質(zhì)量特性優(yōu)越的前提下，在既定的生產(chǎn)條件下，能夠方便而經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出相應(yīng)的零部件或產(chǎn)品。

2 研究背景

圖1是公司某型號(hào)產(chǎn)品常用的零件圖，為典型的“π”形狀。該零件主要做緊固線束作用，但孔位置度及螺紋孔要求較高，必須滿足圖紙要求。該零件需求量較大，材料是316L不銹鋼，厚度2mm，固溶狀態(tài)。

圖1 零件設(shè)計(jì)圖

此零件的加工工藝流程是：下料→落料→滾光→壓彎→鉆孔→攻絲→去毛刺（含回牙）→檢驗(yàn)→鈍化→檢驗(yàn)→入庫。但該零件在加工孔的過程中，需要頻繁的裝夾－加工－取件，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，且容易產(chǎn)生毛刺，需要再次加工去除毛刺，導(dǎo)致零件外觀質(zhì)量差，生產(chǎn)效率低。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)跟蹤分析，原因主要有以下幾點(diǎn)：

①用臺(tái)式鉆床鉆孔，則需預(yù)先用中心鉆點(diǎn)孔，然后鉆孔，最后去除反面毛刺。每個(gè)零件需經(jīng)過多次裝夾和更換刀具，過程繁瑣耗時(shí)，生產(chǎn)效率低，且機(jī)械式重復(fù)加工，極易造成錯(cuò)誤。

②為保證鉆孔尺寸及精度，需要先設(shè)計(jì)并加工出專用的鉆孔夾具，為保證夾具壽命及使用精度，采用淬火材料，加工周期較長(zhǎng)。

③對(duì)單批數(shù)量多的零件，鉆床已不能滿足加工周期需求，常改用數(shù)控銑床鉆孔，需預(yù)先加工夾具并裝夾定位，數(shù)控加工避免人為換刀，相對(duì)于臺(tái)式鉆床提高了加工效率，同時(shí)也避免加工錯(cuò)誤的發(fā)生概率，但仍需人工裝取零件，加工效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

④由于不銹鋼材料粘性大，刀具易折斷、磨損，需要頻繁磨刀、換刀，刀具成本高，生產(chǎn)準(zhǔn)備過程耗時(shí)較長(zhǎng)。

3 工藝分析研究及驗(yàn)證效果

3.1 工藝分析及方案

該零件材料為不銹鋼，材料的沖壓成型性能良好。零件結(jié)構(gòu)上沒有尖銳清角，公差范圍大，適合采用沖裁的工藝加工方法。基本工序?yàn)闆_孔、落料、彎曲以及后續(xù)的攻絲。可以擬出以下幾種方案：

方案1：級(jí)進(jìn)模；

方案2：落料，彎曲，沖孔；

方案3：沖預(yù)孔修孔落料，彎曲；

方案4：沖孔落料，彎曲，修孔。

3.2 方案對(duì)比及驗(yàn)證效果

1）方案1：級(jí)進(jìn)模

開制沖孔、彎曲、切斷級(jí)進(jìn)模，加工效率非常高，適合于大批量零件的生產(chǎn)。但是我公司的產(chǎn)品主要是品種多、批量小，批次的生產(chǎn)數(shù)量較少，而級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具的設(shè)計(jì)以及制造周期長(zhǎng)，后續(xù)模具維護(hù)及維修較為困難，開模成本較高。因此不選用。

2）方案2：落料，彎曲，沖孔

開制落料模、彎曲模和沖孔模各一副，均為單工序模。模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，開模周期短，成本低。根據(jù)公司實(shí)際情況，先根據(jù)理論展長(zhǎng)，開制彎曲模，然后利用線切割加工試模零件進(jìn)行試彎曲，若彎曲高度尺寸與設(shè)計(jì)尺寸有差異，則修理彎曲模的凸模和凹模。將零件的高度尺寸修理至設(shè)計(jì)尺寸后，此時(shí)彎曲模已定型。再根據(jù)零件彎曲前的長(zhǎng)度計(jì)算出實(shí)際展長(zhǎng)，再開制落料模。

最后以彎曲過后的外形定位進(jìn)行沖孔，這樣可以很好地保證孔距尺寸，孔距與外形之間的相對(duì)位置關(guān)系也可以得到很好的保證。經(jīng)過試驗(yàn)，該方案加工的零件實(shí)物如圖2所示。

圖2 彎曲外形圖

經(jīng)過多次實(shí)物加工測(cè)量，零件在彎曲后沖孔，長(zhǎng)度尺寸會(huì)增大0.04mm～0.1mm。另外，材料較硬，厚度較厚，沖裁斷裂帶較大，如上圖3所示，兩孔實(shí)際為“喇叭口”狀，光亮帶尺寸滿足尺寸，斷裂的尺寸常偏大0.1左右。但部分孔為螺紋底孔，裝配中起鎖緊作用，“喇叭口”影響攻絲后螺紋尺寸，有效螺紋段減少，使用過程中隱患大，質(zhì)量不可靠，該方案不能滿足要求。

圖3 孔壁“喇叭口”狀放大圖

3）方案3：沖預(yù)孔修孔落料，彎曲

先沖制預(yù)孔，然后修孔，再落料外形，最后彎曲，開制一副跳步模和一副彎曲模。對(duì)于該零件孔的成型，考慮到方案二中沖裁的斷裂帶對(duì)后續(xù)加工螺紋會(huì)造成不利影響，所以將孔的成型分為兩個(gè)階段，一個(gè)是沖制預(yù)孔階段，另外一個(gè)是對(duì)孔進(jìn)行修整的階段。即先沖出比設(shè)計(jì)尺寸小0.3mm～0.5mm的預(yù)孔，此時(shí)有斷裂帶的存在，然后再以較小的間隙修整至符合設(shè)計(jì)尺寸，這樣沖出的孔光亮帶長(zhǎng)，能有效保證螺紋尺寸和有效螺紋段。

與方案二相同，先開制彎曲模，再推算實(shí)際展長(zhǎng)開制跳步模。經(jīng)過實(shí)際加工驗(yàn)證，通過將孔的成型分為兩個(gè)階段，可以消除方案二中的“喇叭口”，孔的成型質(zhì)量很好，幾乎是全光亮帶。加工的零件實(shí)物如圖4、圖5所示。

圖4 彎曲外形圖

圖5 孔壁放大圖

對(duì)于該方案，零件整體成型良好，加工效率高。但是經(jīng)過多個(gè)零件批次的加工驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)當(dāng)孔距離彎曲R邊直線段少于一定尺寸或當(dāng)零件的彎曲高度較大后，孔變形嚴(yán)重（見圖6），孔距超差，直線段距離越近，彎曲高度越高，孔變形越嚴(yán)重。

圖6 孔口變形處放大圖

經(jīng)過深入分析，我公司部分零件兩孔邊緣距離彎曲圓弧端點(diǎn)較近，零件經(jīng)過沖孔和修孔后，孔已經(jīng)完全成型，后面的外形落料并不會(huì)對(duì)孔產(chǎn)生影響，而是后續(xù)在彎曲的過程中，由于整體材料流動(dòng)較大，導(dǎo)致零件孔距超差甚至孔被拉變形的情況。對(duì)于部分孔邊緣距離圓弧端點(diǎn)遠(yuǎn)的零件，彎曲過程并不會(huì)影響孔的成型質(zhì)量，可以利用此方案進(jìn)行加工。但是我公司該類型的零件中，大部分零件的孔距離圓弧端點(diǎn)都較近，因此不能采用此方案加工。該方案具有一定的局限性，僅對(duì)孔距彎曲R邊直線段較大的零件適用，對(duì)于直線段小的零件，還需要繼續(xù)研究和改進(jìn)。

4）方案4：沖孔落料，彎曲，修孔

需要一副沖孔落料跳步模，一副彎曲模和一副修孔模。模具結(jié)構(gòu)均比較簡(jiǎn)單，加工效率較高，模具制造成本較低。其中孔的成型還是要用兩個(gè)階段來完成，不過，為了消除彎曲過程對(duì)孔的影響，把孔的修整過程放在彎曲過后進(jìn)行。即便彎曲過程使得事先沖制好的預(yù)孔發(fā)生變形，后續(xù)的修整過程也可以使之得到修正。先開制彎曲模，推算實(shí)際展長(zhǎng)開制沖孔落料模，隨即開制修孔模。修孔過程以彎曲后的外形定位，這樣可以很好地保證孔距尺寸，兩孔相對(duì)外形的位置關(guān)系也可以得到保證。

經(jīng)過多個(gè)不同批次不同零件的驗(yàn)證，通過先沖制預(yù)孔，然后彎曲，再進(jìn)行修孔的方式，兩個(gè)孔以及外形的整體成型質(zhì)量良好。針對(duì)批次數(shù)量較大或已經(jīng)定型的產(chǎn)品，目前公司生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)按照改進(jìn)后的工藝模式生產(chǎn)零件，加工的零件實(shí)物如下圖所示：

圖7 加工實(shí)物圖

圖8 加工實(shí)物圖

圖9 加工實(shí)物孔口放大圖

圖10 加工實(shí)物孔壁放大圖

因?yàn)樾蘅走^程的沖裁余量小，可以取較小的沖裁間隙，通常取雙面間隙0.02mm～0.03mn，沖裁斷面幾乎是全光亮帶，不會(huì)存在方案二中的斷裂帶和“喇叭口”的情況。此外，修孔過程并不會(huì)使彎曲過后的零件變長(zhǎng)。沖孔凸模也不用做成臺(tái)階型，卸料板也不用做成臺(tái)階沉孔，減少模具制造的工作量。

5）結(jié)論

通過對(duì)多個(gè)加工方案進(jìn)行對(duì)比以及試驗(yàn)驗(yàn)證，零件采用先沖孔落料，然后彎曲，最后修孔的加工方式最為合適。同時(shí)，該零件孔的成型與其彎曲的圓弧有很大關(guān)系。孔邊緣距離圓弧越遠(yuǎn)，其修孔余量應(yīng)該越小，孔的成型質(zhì)量越好；孔邊緣距離圓弧越近，其修孔余量應(yīng)該越大，孔的成型尺寸稍差。從零件工藝性的角度來看，在不影響其功能的前提下，孔距離圓弧越遠(yuǎn)，其加工工藝性越好。

4 結(jié)束語

該類零件是公司的一種通用件，零件用量大。由于零件材料的特性，傳統(tǒng)的刀具切削的加工方式效率低、成本高。本文通過深入加工現(xiàn)場(chǎng)，從零件加工效率低、加工質(zhì)量差的問題現(xiàn)象出發(fā)，結(jié)合零件的材料和結(jié)構(gòu)特性，改進(jìn)加工工藝，經(jīng)過大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，分析加工實(shí)物后進(jìn)行不斷改進(jìn)，摸索出全新的加工工藝，大幅提高了零件的加工效率，保證了加工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)降本增效。